第八章倍性育种

多倍体的进化




自然界普遍存在多倍体物种，最常见的是四倍体和六 倍体。 杂交和多倍体化是植物最重要的进化方式之一。 多倍体形成一是不进行减数分裂，另一种是有丝分裂 时，细胞核里二倍体与多倍体的嵌合体。 个体或种群内基因的重要单位之间发生随机而定向纯 合的进化方式。 多倍体的产生易受环境困素的影响，多倍体植物的产 生及对不利条件的适应，是自然选择的结果，从而进 化发展成新的变种或物种。
③选择收获营养器官的植物或无性繁殖的植物
对于药用植物选择能单性结实的品种，染色体多倍化后， 常常会使育性降低。如板蓝根、丹参、黄芪等
④选用多个品种进行处理
不同的种、品种、类型，由于遗传基础不同，多倍化后 的表现不同，所以处理材料多，易于选择优良变异。
3\4倍体大丽花用块根繁殖
⑤选择杂合性高的材料
单倍体育种
概念和种类 单倍体植物在育种上的意义
产生单倍体的主要途径和方法
一.概念和种类 1.概念
单倍体:具有配子体染色体数目的孢子体
单倍体育种:人工诱导单倍体,并使其成为纯合
二倍体，从中选育出新品种的方法.
2.种类
一倍体（单元单倍体）由二倍体植物产生的含有 一组染色体的单倍体 多倍单倍体：多倍体植物产生的含有一组以上 染色体组的单倍体 同源多倍单倍体：同源多倍体产生的多倍单倍体 异源多倍单倍体：异源多倍体产生的多倍单倍体
染色体加倍
萝卜甘蓝（2n=4x=36）
金鱼草
二.多倍体植物的特点 1.同源多倍体植物的特点
①生物学性状
多倍体植株一般比原来的二倍体表现出巨大性。
②代谢产物含量和成分 ③抗性 ④植株生长发育 ⑤育性 育性差，结实率低。
凤仙
2.异源多倍体植物的特点
减数分裂时不出现多价体，因此可以通 过人工的方法进行培育。染色体配对正常, 植株雌雄配子发育正常,结实率较高。 如：天仙子属的种间体细胞杂交产生双二倍 体杂种
生物学方法

摘心、切伤、嫁接法 胚乳培养法 体细胞杂交法
有性杂交

利用2n配子
二倍体植株
减数分裂异常
四倍体植株

2n配子
新的四倍体植株
3.多倍体植物的鉴定 ① 间接鉴定：
同源多倍体：植株形态上多呈巨 型性 详细说明 四倍体花粉一般较二倍体大, 而三倍体花粉大小不整齐
异源多倍体：检查育性
第八章 倍性育种

定义及倍性变异的种类 多倍体育种 单倍体育种 非整倍体的利用
倍性育种：
人工诱发植物染色体数目发生变异, 根据育种目标,从中选育新品种或选育育 种亲本的方法。 目前最常用的方法： 多倍体育种 单倍体育种
倍性变异的种类
整倍体变异：植物染色体数目出现与染色体基数呈倍数性 关系的变异。整倍体变异变异的结果是产生多倍体 (polyploid)和单倍体(haploid)。 非整倍体变异：植物染色体数目变化不与染色体基数成倍 性关系的变异。非整倍体变异的结果是产生单体、缺体、 三体、四体等植物。
处理注意事项
①幼苗生长点的处理愈早，获得四倍性细胞的数目就愈多, 而处理时间晚,得到的多是嵌合体。
②植物组织经秋水仙素处理后,生长上会受到一定影响,因 而处理后应加强植株的培育和管理。 ③诱导多倍体时,处理的数量宜多些,以便从中选择有利变 异个体。
④处理后要用清水冲洗,避免药效残留。
⑤秋水仙素的药效可保持很久,且具较大毒性,尤其是干燥 的粉剂,因而在配制和使用时,要注意安全,不能让其粉末 在空气中飞扬,以免误入呼吸道,也不可触及皮肤, 其水溶 液用棕色瓶盛装，放置于黑暗处。
多倍体育种：
利用染色体加倍技术,按 照一定的育种目标,在其加 倍后代中选育新 品种的过程。
无籽
无籽
三.多倍体在药用植物育种中的意义
1.增加现有物种的染色体数目，产生同源多倍体, 2. 通过远缘亲本或种间不育杂交种的染色体加倍， 克服远缘杂交的困难 3.诱导多倍体作为不同倍数间或种间的遗传桥梁
三倍体无籽西瓜
多倍体育种
多倍体的概念和种类 多倍体植物的特点 多倍体的育种意义 多倍体的诱导与育种
一．多倍体的概念和种类
染色体组：一个属内,各个种特有的、维持生物体生存
最低限度数目的一组染色体。
染色体基数：一组染色体组内的染色体数目, 以X表示
百合属 X=7 豌豆 X=7 菊属 X=9 玉米 X=10 棉属 X=13 稻属X=12 甘薯 X=15
处理方法 处理注意事项
秋水仙素及其加倍机理
秋水仙素是从百合科植物秋水仙(Colchium autumnale)的 根、茎、种子中提取出来的一种药剂,性极毒,分子式为C22H25 O6N，是一种淡黄色粉末,可溶于冷水、酒精、氯仿和甲醛。 在一定的浓度范围内，不起破坏染色体的复制，但能抑制 纺锤丝的形成，从而导致核染色体数加倍细胞的形成。处理 后经过一段时间，细胞仍可恢复常态，继续分裂，发育成多 倍体植株。
二. 单倍体植物在育种上的意义
1.控制杂种后代分离,缩短育种年限 2.快速获得异花授粉植物的自交系
3克服远缘杂种不孕性与不易稳定的现象。
远缘杂交获得的杂种,由于亲本亲缘关系较远,后代减数 常不正常,导致后代不易结实或不易获得稳定的后代， 且后代分离比品种间杂种要长得多。如果能从远缘杂种 花粉中培养出单倍体植株，然后进行染色体加倍，变成 二倍体植株,就可从中选出新类型,并获得稳定的后代。
杂种后代或异花授粉植物，能促进育种群体中基因型 的自由组合，如苜蓿、三叶草等。但在诱导双二倍体 中，选用自花授粉材料也是重要的。
Fra Baidu bibliotek
⑥选择生育期短的植物
多倍体育种一般多代杂交和选择，一年生植物 比多年 生植物更适于多倍体的诱导。
⑦选择远缘杂种后代
加倍可形成异源多倍体，克服不育性，合成新的类型 或新的物种，加快选育进程。
2.人工获得单倍体的途径 利用远缘的异属花粉授粉
（刺激柱头,使胚囊中卵细胞发育成种子）

弱化花粉授粉
（花粉人工贮藏一段时期后进行授粉,由于花粉萌发能力 弱,不能完成政党的受精作用,但可引起卵细胞发育成种 子）

化学药剂处理 用高剂量射线照射过的花粉授粉 异常温度处理、机械刺激子房等 花药和花粉离体培养
药液处理时间及处理时的温度
处理时间的长短，随植物种类的不同、生长的快慢以及使用 的秋水仙素浓度而异。
一般处理发芽的种子或幼苗、细胞分裂周期短的植物，处理 时间可适当缩短；
秋水仙素浓度越高，处理时间则愈短。一般浓度高、短时间 的处理效果优于浓度小、长时间的处理效果。 处理种子、组织或器官，一般不少于24小时，而对于萌动的 种子及幼苗，处理时间应适当缩短。
2. 多倍体产生的途径和方法 自然诱导 有性杂交
途径
物理因素诱导
人工诱导
化学因素诱导
①物理因素诱导：
温度骤变 机械创伤 电离和非电离辐射 离心力等
②化学因素诱导：
化学药剂：秋水仙素；富民隆；吲哚乙酸 方法：浸渍法；滴液法；注射法；涂抹法
秋水仙素诱发多倍体
秋水仙素及其加倍机理 药液浓度
药液处理时间
秋水仙素其它处理方法
③涂抹法 将秋水仙素乳剂涂抹在芽或枝稍，隔一段时间再将 乳剂洗净。
④套罩法 将内盛适量秋水仙素的0.6%的琼脂套在新梢顶芽上， 经24小时处理后即可去掉胶囊。
⑤注射法 用医用注射器将秋水仙素溶液注入芽中。 ⑥复合处理 近年用秋水仙素和辐射两种因素混合处理，比单 独用秋水仙素处理加倍频率有所提高。
四.多倍体育种
1、材料的选择 2、多倍体产生的途径和方法 3、多倍体植物的鉴定 4、多倍体材料的加工、选育和利用 5、药用植物多倍体育种现状
1.诱导材料的选择
①选择天然多倍体物种较多的植物材料 ②选择主要经济性状较好、染色体组数 较少的材料
因为染色体组数多的种在进化过程中已经利用了自 身的特点，再对其诱变选优较为困难，因此处理前 应了解染色体组数及近源物种的多倍性化的程度。
二倍体: 体细胞具有两组染色体组的生物体
薯蓣 2n=2X=20
多倍体：体细胞具有3个或3个以上染色体组的生物体。
盾叶薯蓣 2n=3X=30 菊花多数品种 2n=6X=54
多倍体月季
多倍体草莓
2.多倍体种类
同源多倍体：单倍体的几组染色体全部来 自同一物种，或者说由同一物种的染色体 组加倍而成。
②滴液法
适用于大的植物或木本植物顶芽、腋芽、生长点的处理。在 操作上多用滴管将秋水仙素溶液滴在幼苗的顶芽或大苗的侧 芽处进行处理，每日滴数次，一般6~8小时滴一次，如果气候 干燥，蒸发快，中间可滴加蒸馏水。反复处理一至数日，使 溶液透过表皮渗入组织内起作用。 若溶液不能停留于芽上，则可将浸渍了秋水仙素溶液的脱脂 棉球放于子叶之间或包裹幼芽，此法不仅可以避免溶液过快 干燥，而且与种子浸渍法相比，能节省药液。
药液浓度
处理时所用秋水仙素的浓度是诱导多倍体成败的关键因子之 一，太高容易引起植物的死亡，太低，不能产生作用。
一般有效浓度范围为0.0006~1.6%，浓度随不同植物和同一 植物的不同组织而异，因而在处理前要预先进行试验，找出 某种植物或某种组织的最适浓度，一般以0.2~0.5%的水溶液 浓度效果较好。
2倍体和4倍体葡萄的比较
3. 诱导异源多倍体,增加种间杂种的染色体数,获得双二 倍体,以克服杂种的不育性。 如英国邱园的报春的不育性是由于杂种细胞进行减数分裂时， 来自父本的9 个染色体与来自母体的9个染色体性质上存在很 大的差异，彼此难以配对，从而使性细胞不能正常发育。但细 胞染色体加倍后,减数分裂时,在36个染色体中,18个来自父本 的彼此配为9对,18个来自母本的也配为9对,因而减数分裂能正 常进行,从而获得了可育的雌雄性细胞。
4提高选择的正确性和效率。
在加倍单倍体的后代中,只有一种基因型和表现型，避 免了常规的杂交后代中显隐性的干扰,提高了选择的准 确性。
三. 产生单倍体的主要途径和方法
1.自然界产生单倍体植株的方式
（1）孤雌生殖（胚囊中的卵细胞与极核 不经受精单性发育成植株） （2）孤雄生殖 （3）无配子生殖（胚囊中的反足细胞与 助细胞不经受精发育成植株）。
（如用2、4-D、赤霉素、秋水仙素等处理柱头）
检查花粉母细胞
叶面气孔的变化
四倍体叶面气孔一般比二倍体大， 但单位面积气孔数目却相对减少 鉴定多倍体最可靠的方法
②直接鉴定：
根尖细胞染色体数
经处理后萌动种子的根尖端,一般较二倍体肥大,幼苗胚轴 显著肥厚,有的茎变短粗,叶片肥厚,这些经处理后组织的肥 大现象,可作为初步判断多倍体的标志。 而成株在形态上常出现根、茎加粗,花、果实、种子增大, 茎叶组织粗糙、皱缩等现象,根据这些形态上的变化,可初 步选出作进一步观察。
多倍体金银花的巨大性
胞和烟 的 8 草 比倍 2 较体倍 叶体 片 4 表倍 皮体 细
,
牡丹三倍体
牡丹二倍体
多倍体材料的加工、选育和利用

嵌合体的筛选 多倍体材料的选育和利用
药用植物多倍体育种现状

1937年BlakesleeV 发现秋水仙素具有诱 导曼陀罗细胞染色体加倍的效果后，人 们进行了大量人工诱导多倍体研究，目 前已获得1000多种多倍体植物。
富民隆的诱变
富民隆也可诱发多倍体。其化学名称为甲苯磺硫苯胺基苯 汞，为灰白色粉末，不溶于水。可将其溶于丙酮后倒入蒸 馏水中，配成0.1%的乳白色悬浊液备用。
富民隆作用类似于秋水仙素，多用于处理萌动种子，浓度 0.01~0.03%，在10~36℃条件下，处理2~4天，冲洗后即 可移植或播种。因其价格低廉，应用也较为广泛。
甘薯 同源六倍体 菘蓝、丹参 同源四倍体 香蕉 同源三倍体
异源多倍体：染色体组来源不同的多倍体
紫苏 异源四倍体 A1A1D1D1； 普通小麦 异源六倍体 AABBDD 小黑麦 异源六倍体 AABBRR；异源八倍体 BBDDRR 芥菜 异源四倍体 萝卜甘蓝 异源四倍体
萝卜（2n=18） x
甘蓝（2n=18）
在18~25℃范围内，越高成功的可能性越大。
处理方法
秋水仙素一般多用水溶液,亦可稀释于低浓度的酒精中或10 ％的甘油中或制成羊毛脂膏或加入琼脂凡士林中后施用。 常用的处理方法有：
①浸渍法
适合于处理种子、枝条、盆栽小苗的茎端生长点。一般发芽 种子处理数小时至3天,处理浓度0.2%~1.6%。浸渍时不宜 淹没种子，处理时间也不能太长，以免影响根的生长。处理 后用清水洗净，再播种或沙培。 如百合类鳞片用秋水仙素处理1~3小时后扦插，可得到四倍 球芽；唐菖蒲实生小球也可用浸渍法获得四倍体植株。